Alimentos Espaciales: ¿Cómo Alimentaremos a la Próxima Ola de Pioneros de la Humanidad?

Un Nuevo Tipo de Exploración Espacial

Después de varias décadas de estancamiento tras el alunizaje, una nueva carrera espacial se está intensificando. El detonante fue el extraordinario éxito de SpaceX (SPCX ) al crear un cohete reutilizable, reduciendo el costo de lanzamiento a órbita en un orden de magnitud. Con la última nave de lanzamiento, Starship, en fase de pruebas, los costos deberían disminuir aún más.

Fuente: Visual Capitalist

SpaceX puede ser la compañía espacial más impresionante, pero muchas la siguen de cerca, incluidas varias empresas chinas de cohetes, tanto privadas como financiadas por el Estado.

Simultáneamente, la NASA y sus socios planean regresar a la Luna y establecer una base permanente allí; China y Rusia también tienen ambiciones similares. En la próxima década, SpaceX pretende ver a los primeros hombres caminar en Marte.

Así que, casi es seguro que veremos muchos más astronautas en las próximas décadas que desde la edad de oro de la exploración espacial. A diferencia de los años 60, vivirán en el espacio en hábitats distantes, no solo viajando unos pocos días a la Luna o permaneciendo en órbita terrestre baja en estaciones espaciales.

Esto significa más personas, más lejos, y en el caso de Marte, meses de viaje. Todo esto genera la necesidad de proporcionarles consumibles extra costosos. Esto sesga la economía del suministro de los astronautas hacia la producción de lo que necesitan in situ. Es probable que la impresión 3D juegue un papel importante en la provisión de repuestos. Y los alimentos deberán cultivarse al menos parcialmente en el sitio.

Además de los costos, cultivar alimentos frescos en el sitio también ayudará a mantener a los astronautas saludables al proporcionar vitaminas C de alta calidad y alimentos ricos en antioxidantes útiles para reducir el peligro de la radiación de los rayos cósmicos y las tormentas solares.

Prototipos de Alimentos Espaciales

Este no es un concepto nuevo, y la NASA y otras agencias espaciales han investigado estas ideas durante varias décadas. Sin embargo, la falta de espacio en la EEI significa que, por ahora, solo se ha probado el proyecto piloto y el prototipo, y no hay planes actuales para producir una cantidad significativa de alimentos en el espacio.

Concepto probado #1: Cultivo de Plantas por Aeroponía

Al cultivar plantas sin suelo ni agua, la aeroponía es un método que parece especialmente adecuado para condiciones de ingravidez como las estaciones espaciales, donde los líquidos y el polvo son problemas graves que pueden provocar cortocircuitos e incendios. Puedes leer más sobre cómo funciona la aeroponía y cómo ya se utiliza en la Tierra en nuestro artículo “Aeroponía – Todo lo que Necesitas Saber“.

La aeroponía es especialmente eficiente para cultivar productos frescos en tiempo récord y con espacio limitado, lo que la hace ideal para las condiciones estrechas de una nave espacial a Marte o una estación espacial en órbita.

También puede cultivar cultivos de raíz muy densos en energía, como las papas, que son fáciles de comer sin una cocción demasiado compleja, a diferencia de los cereales.

Ya se ha probado un prototipo en la EEI bajo el programa de demostración tecnológica eXposed Root On-Orbit Test System (XROOTS).

Fuente: NASA

Sistemas similares podrían cultivar productos frescos para los astronautas en viajes largos, como los 6‑18 meses a Marte (dependiendo del sistema de propulsión). Estos podrían incluir el Veggie (Sistema de Producción de Vegetales) probado previamente, Veggie PONDS y Plant Habitat‑04 (PH‑04), que ha cultivado con éxito una variedad de plantas, incluyendo tres tipos de lechuga, col china, mostaza mizuna, col russa roja, flores de zinnia, trigo y pimientos.

Concepto probado #2: Microorganismos en Cápsulas

La Investigación Biológica en Cápsulas (BRIC) fue un programa para estudiar los efectos del espacio en organismos lo suficientemente pequeños como para crecer en placas de Petri, como levaduras y microbios. Pero ese método de cultivo robaría sustratos ricos en energía de la Tierra para convertirlos en algo comestible.

Una versión actualizada, BRIC-LED es la versión más reciente, que utiliza diodos emisores de luz (LED) añadidos para apoyar la biología, como plantas, musgos, algas y cianobacterias que necesitan luz para producir su alimento. Paneles solares o reactores nucleares podrían alimentar esas lámparas LED (similares a las usadas en la aeroponía) y permitir el cultivo de alimentos in situ.

Concepto probado #3: Invernaderos Espaciales Inflables

La NASA también ha desarrollado el concepto de invernaderos inflables de hidroponía, con un prototipo de 18 pies de largo, 7 pies de ancho y 3 pulgadas de diámetro probado por el Centro de Agricultura de Entorno Controlado de la Universidad de Arizona.

Fuente: Inside Hook

El funcionamiento del invernadero inflable sigue el principio de la hidroponía, algo que puedes aprender en nuestro artículo dedicado “Hidroponía – Todo lo que Necesitas Saber“.

Para los pasos iniciales de la colonia, los invernaderos plegables o inflables probablemente serían una buena opción para ahorrar masa y espacio en las naves de transporte.

Sistemas Fututos de Alimentos Espaciales

Es necesario distinguir la cuestión del cultivo de alimentos en el espacio según el entorno, con las 3 situaciones principales posibles siendo estaciones/ naves espaciales, bases lunares y bases marcianas.

Esto crea restricciones únicas que darán forma a la posibilidad de sistemas alimentarios en cada entorno de manera diferente.

Órbita y Espacio Profundo

Debido al espacio, pero también a las limitaciones de peso (una nave más pesada desperdiciaría combustible), es poco probable que las naves y estaciones espaciales cultiven todo su alimento. Lo más probable es que la tripulación se reabastezca cuando esté en órbita terrestre. Sin embargo, podrían cultivar una cantidad limitada de alimentos frescos como verduras de hoja o microalgas.

Las microalgas serían especialmente interesantes si resulta que la mejor manera de proteger a la tripulación de una nave que viaja a Marte es una gruesa capa de agua (algunas estimaciones juzgan que se necesitaría una capa de agua de 1 metro de profundidad para proteger a la tripulación contra los rayos cósmicos y tormentas solares temporales).

Así que podríamos ver cada nave y estación espacial orbitando Marte equipadas con una sala de refugio contra radiación que use mucha agua. Entonces tendría sentido usar esa agua también para cultivar alimentos.

Estos sistemas ya se comprenden bien y se utilizan en experimentos de laboratorio, y proyectos como BRIC-LED muestran cómo adaptarlos al espacio y a la ingravidez.

Fuente: MDPI

Como beneficio adicional, el aire limitado disponible también requiere un reciclaje extensivo, al que podrían contribuir plantas o algas productoras de oxígeno.

Bases Lunares

Gracias a la posibilidad de traer módulos prefabricados o material para impresión 3D desde la Tierra cercana, el espacio es mucho menos una preocupación. También se espera que la Luna tenga algo de agua disponible in situ, por lo que el cultivo no requeriría traer toneladas de líquidos pesados además de fertilizantes para iniciar el cultivo en órbita.

Esto hace viable la idea de una base lunar totalmente autónoma, al menos mientras la población sea de cientos o miles.

Esto también sería un gran campo de pruebas para todos los métodos de producción de alimentos que luego se requerirán en Marte. Si, de alguna manera, una cosecha completa falla, obtener un reabastecimiento de alimentos de emergencia desde la Tierra a 3 días de distancia no sería un problema.

Sin embargo, la Luna es única en algunos aspectos. La noche puede durar mucho tiempo, lo que hace imposible la idea de invernaderos con cúpula que dependan de luz natural. Por la misma razón, probablemente se necesiten reactores nucleares para suministrar energía en lugar de paneles solares.

También no tiene atmósfera alguna, lo que reduce la posibilidad de obtener CO2 gratuito y equilibrar el exceso de oxígeno. Por lo tanto, cada sistema alimentario lunar tendrá que ser un bucle perfectamente cerrado.

Sin embargo, la Luna tiene gravedad (1/6 de la Tierra), lo que hace que la hidroponía o incluso la acuaponía sean opciones viables para proporcionar cultivos e incluso carne a los astronautas de una manera menos laboriosa que la aeroponía. Puedes leer cómo la acuaponía puede combinar acuicultura e hidroponía en el mismo sistema en nuestro artículo “Acuaponía — Todo lo que Necesitas Saber“.

Escenarios de Agricultura Lunar

Probablemente se cultivarán productos frescos localmente para proporcionar un impulso vitamínico y moral a los astronautas.

Aún no está claro cuál será la mayor parte de las calorías (proteínas y carbohidratos). En última instancia, la economía decidirá si solo una parte o todo el alimento de los residentes lunares se producirá in situ.

• Si es más barato traerlo desde la Tierra en grandes cantidades que construir instalaciones de cultivo masivas, solo se cultivarán productos frescos en la Luna.
• Alternativamente, si resulta ser prohibitivamente costoso, granjas semi‑automatizadas de aeroponía de papas, frijoles y granos podrían ser la forma de reducir los costos operativos de las bases lunares.

Bases Marcianas

Marte está tremendamente lejos de la Tierra. Producir alimentos localmente será tanto una necesidad económica como una solución al riesgo de seguridad.

Esto se ilustró brillantemente en el libro The Martian de Andy Weir, adaptado luego a una película con Matt Damon, donde un astronauta varado recurre a la agricultura improvisada de papas para sobrevivir. Y el mayor peligro al que se enfrenta no es la radiación, la falta de aire o el frío, sino el hambre.

Fuente: Modern Farmer

El objetivo de las bases marcianas también difiere del de la Luna. El objetivo final es una colonización plena. Así que si una población de unas decenas o cientos de astronautas podría mantenerse a gran costo desde la Tierra, decenas de miles o millones nunca podrían.

Esto significa que Marte necesitará ser totalmente autónomo en la producción de alimentos.

Los mismos tipos de cultivo que en la Luna son posibles: hidroponía o acuaponía a gran escala. Pero como Marte tiene una atmósfera y un día que dura casi exactamente 24 horas, también es posible construir invernaderos de superficie y recolectar el CO2 que las plantas necesitan de la atmósfera tenue mientras se extrae hielo para obtener agua.

También es muy probable que Marte, al igual que la Tierra, tenga depósitos locales de fósforo, nitrógeno y potasio que pueden extraerse y son necesarios para la agricultura intensiva.

Estos invernaderos necesitan ser calentados, fertilizados y herméticos, pero proporcionarán un método de cultivo mucho más eficiente, resiliente y con menor demanda energética.

Haciendo Marte Fértil

También podría beneficiar a la agricultura marciana cultivar directamente en el suelo, requiriendo menos maquinaria que la hidroponía. Esto liberaría equipos, mano de obra y recursos para otros usos.

Un problema a resolver es que el suelo marciano (regolito) es rico en peróxido de hidrógeno (H2O2). Este químico altamente oxidante puede matar plantas y bacterias, especialmente a las concentraciones encontradas en Marte.

Afortunadamente, el peróxido también puede usarse para producir oxígeno. Esto se ha demostrado gracias al Experimento de Utilización de Recursos In Situ de Oxígeno en Marte (MOXIE) probado en el rover Perseverance. Así que podemos imaginar fácilmente misiones futuras “extrayendo” regolito para crear oxígeno para los astronautas, así como para ser usado como combustible de cohetes.

Y luego, usar este regolito procesado y libre de peróxido lo convierte en suelo fértil para los invernaderos.

Otra opción podría ser crear estanques artificiales, quizá sobre pequeños cráteres, donde algas, conchas de agua dulce y peces puedan crecer “salvajes” con mantenimiento mínimo, simplemente manteniendo los domos de los invernaderos calientes y herméticos.

Otras Tecnologías de Alimentos Espaciales

Hasta ahora, hemos discutido mayormente el cultivo de alimentos mediante aeroponía, hidroponía y acuaponía, así como invernaderos sellados. Pero también podrían explorarse otras opciones. Una de ellas es la comida sintética.

En 2021, científicos chinos desarrollaron el primer método para la síntesis artificial y libre de células de almidón (C6H10O5) a partir de CO2. Considerando que el almidón es el principal componente calórico de granos como el arroz, el maíz y el trigo, esto merece atención. Y, por cierto, la atmósfera de Marte es 95 % CO2.

Fuente: Science.org

El sistema utilizó un catalizador a base de zirconio y logró una tasa de síntesis aproximadamente 8,5 veces mayor que la síntesis de almidón en maíz.

Así que, tal vez podamos imaginar un módulo integrado y automatizado que sintetice almidón de forma continua, literalmente del aire. Esto podría proporcionar la mayor parte de las calorías requeridas para alimentos de origen animal o básicos humanos, mientras la agricultura tradicional se enfocaría solo en alimentos de alta calidad y ricos en vitaminas.

En cualquier caso, podemos imaginar que dichos sistemas operen de forma autónoma antes de que cualquier astronauta aterrice en Marte, creando in situ y antes del aterrizaje un gran alijo de calorías para evitar un escenario como el de The Martian.

También existen otras opciones, notablemente otros tipos de alimentos sintéticos, incluyendo proteínas (ver más abajo Solein de Solar Foods), o carne cultivada en laboratorio, o sustitutos de carne como una carne basada en hongos probada en la EEI en 2022, producida por la empresa Nature’s Fynd.

Empresas de Alimentos Espaciales

1. Aleph Farms

Aleph Farm logró el crecimiento del primer experimento de carne cultivada (bistec) en microgravedad a bordo de la EEI durante la Misión Rakia. Dado que cualquier forma de ganadería puede ser imposible en las etapas iniciales de la colonización espacial, la carne probablemente solo se producirá mediante este tipo de método.

Al haber ya probado el proceso en microgravedad, Aleph Farms está por delante de la mayoría de las demás compañías de carne cultivada en el mercado de alimentos espaciales. Israel aprobó sus productos cárnicos para su comercialización en 2024.

La compañía también está trabajando en producir colágeno libre de sacrificio, un ingrediente clave en muchos alimentos, cosméticos y productos médicos.

2. Solar Foods

Esta compañía busca “producir alimentos a partir del aire”. Recaudó 8 millones de euros a finales de 2023 para perseguir este objetivo.

El concepto es usar electricidad para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno y utilizar el hidrógeno, así como el CO2 atmosférico y nutrientes minerales, para alimentar microbios que producirán un polvo seco compuesto en un 70 % de proteína.

Comercializado bajo la marca Solein, esta fuente de proteína que contiene los 9 aminoácidos esenciales puede incorporarse a otros ingredientes para crear una fuente nutricional muy densa.

Fuente: Solar Foods

La compañía apunta explícitamente al mercado de exploración espacial. Sin embargo, también prevé que a largo plazo podría revolucionar la producción de alimentos en la Tierra, ya que ofrece una fuente de proteína que convierte energía en proteína de manera muy eficiente.

“Alimentamos al microbio como alimentarías una planta, pero en lugar de regarlo y fertilizarlo, usamos solo aire y electricidad. Con nuestro proceso actual, esto es 20 veces más eficiente que la fotosíntesis (y 200 veces más que la carne).”

Solar Foods recibió la primera aprobación regulatoria de alimentos novedosos para Solein de la Agencia de Alimentos de Singapur (SFA) en septiembre de 2022.

Adaptándose a los Alimentos Espaciales

A lo largo de la historia, el cultivo de alimentos y la nutrición se han visto obligados a adaptarse a su entorno. Esto fue cierto para los agricultores que cultivaban arroz en terrazas en Asia y para los inuit que dependen casi exclusivamente de una dieta basada en carne.

El espacio no será diferente, aunque tendrá la característica única de no contar con fertilidad natural ni ecosistema salvaje. Esto significa que cualquier producción de alimentos en el espacio dependerá totalmente de máquinas o ecosistemas diseñados desde cero por humanos.

Sistemas altamente compactos y eficientes como los alimentos sintéticos o la aeroponía probablemente dominarán en los entornos más hostiles, como en naves espaciales o en la Luna sin atmósfera.

En planetas como Marte, algo más cercano a la agricultura tradicional podría ser posible. La luz solar natural trabajaría junto con luces LED y sistemas agrícolas ultra‑eficientes dentro de invernaderos herméticos y calefaccionados.

Como ocurre a menudo con las tecnologías espaciales, este concepto también podría tener un gran impacto en la Tierra. Nuestra vida cotidiana ya utiliza tecnologías que se desarrollaron inicialmente para el espacio, como filtros de agua, microchips, herramientas inalámbricas, lentes resistentes a rayaduras o detectores de humo.

Es posible que en unas pocas décadas, el almidón y la proteína sintéticos, granjas de aeroponía automatizadas y invernaderos ultra‑eficientes para desplegar en regiones desérticas y en el Ártico se añadan a esta lista.